3. 并网运行控制基础

在微电网并网运行阶段，逆变器不再决定电压和频率，而是跟随大电网的电压幅值与频率，把控制目标收敛到“有功功率 P、无功功率 Q 按指令输出”。这就是 PQ 控制的本质：电网提供电压和频率基准，逆变器作为电流源向并网点注入受控电流，从而间接控制功率。理解这一点，是理解后续并离网无缝切换的前提——切换过程中控制模式要从“跟随电网”变为“建立电网”，而 PQ 控制正是并网侧的基准状态。

一、为什么并网逆变器通常做成电流源型

并网运行时，并网点电压由大电网支撑，其幅值和频率可视为刚性基准。逆变器若采用电压源控制去强行建立电压，会与电网电压产生冲突，形成环流甚至失稳。因此并网逆变器普遍采用电流源型控制：通过闭环调节输出电流，使电流的幅值和相位满足功率指令要求。其功率关系为：

P = (3/2) · Ud · Id
Q = -(3/2) · Ud · Iq   （以电网电压定向，d 轴对齐并网点电压矢量）

其中 Ud 为并网点电压 d 轴分量，Id、Iq 为逆变器输出电流的 d、q 轴分量。

在电网电压定向的 dq 坐标系下，d 轴与并网点电压矢量重合，此时 Ud 近似等于电压幅值，Uq≈0。于是有功功率只由 Id 决定，无功功率只由 Iq 决定，实现了 P、Q 的解耦控制。这是 PQ 控制能够“指哪打哪”的关键。

二、PQ 控制的双环结构

PQ 控制通常采用“功率外环 + 电流内环”的双环结构。外环接收功率指令 Pref、Qref，与实测功率比较后经 PI 调节器生成电流指令 Idref、Iqref；内环接收电流指令，与实测电流比较后经 PI 调节器生成调制电压指令，再经 PWM 调制驱动逆变桥。电流内环带宽远高于功率外环，保证电流快速跟踪、功率缓慢无超调。

需要特别说明的是：外环 PI 输出的本质是电流指令，而不是电压指令。若把外环直接输出到调制波，会失去电流限幅能力，故障时容易过流。因此工程上普遍保留内环，并在内环指令处设置限幅，例如 Idref 限幅到 ±1.1 倍额定电流，Iqref 限幅到 ±0.6 倍额定电流，用于兼顾电网支撑与器件安全。

三、并网点功率指令跟踪的实现要点

功率指令跟踪的精度取决于三个环节：采样、解耦和限幅。采样环节需要准确获取并网点三相电压、电流，经锁相环 PLL 得到电网电压相位 θ，再经 Park 变换得到 Ud、Uq、Id、Iq。锁相环的动态性能直接影响功率指令跟踪的相位误差，若 PLL 带宽过低，在电网电压跌落或畸变时会出现相位抖动，导致 P、Q 出现二倍频波动。

解耦环节需要处理 dq 轴之间的交叉耦合项。在同步旋转坐标系下，d 轴和 q 轴电流方程存在 ωL 耦合项，若不补偿，Id 变化会引起 Iq 波动，反之亦然。工程上通常采用前馈解耦：

Ud_ref = (Kp + Ki/s)(Idref - Id) - ωL·Iq + Ud
Uq_ref = (Kp + Ki/s)(Iqref - Iq) + ωL·Id + Uq

其中 ω 为电网角频率，L 为滤波电感，Ud、Uq 为并网点电压前馈。

限幅环节则决定逆变器在电网异常时的行为。当电网电压跌落，若仍按原功率指令输出，电流会迅速上升。此时应优先保证电流不越限，并按低电压穿越要求注入无功电流。例如某 100 kW 并网逆变器，额定电流约 144 A，当并网点电压跌至 0.5 pu 时，按 LVRT 曲线要求注入无功电流约 1.0 倍额定电流，同时将有功电流压至 0.4 倍额定电流以内，以支撑电网电压恢复。

四、电网支撑功能的叠加方式

PQ 控制并非只做“功率跟踪”，在并网状态下还需承担电网支撑功能。常见的有三类：一是低电压穿越，检测到电压跌落时按比例注入无功；二是一次调频，通过频率-有功下垂特性，在电网频率偏离额定值时调整有功输出；三是无功调压，通过电压-无功下垂特性参与并网点电压调节。这些功能通常以附加指令的形式叠加到 Pref、Qref 上，再送入功率外环。

五、从并网到离网的控制模式切换

PQ 控制是并网运行的基础，但它有一个前提：电网必须存在且电压频率稳定。当计划孤岛或非计划孤岛发生时，并网点电压失去支撑，PQ 控制会因失去电压基准而失效。因此无缝切换的核心，是在检测到孤岛后，将控制模式从电流源型 PQ 控制切换为电压源型 V/f 控制或下垂控制，由逆变器建立电压和频率。切换过程中需要保证相位、幅值连续，避免冲击电流。

理解 PQ 控制的双环结构、解耦方式和限幅逻辑，就能理解切换时哪些状态量需要保持连续：电流内环的积分器状态、PLL 的相位、功率外环的输出。这些状态在切换瞬间若发生跳变，就会在并网点产生冲击。因此实际工程中常采用“先锁相、再切模式、后缓启”的过渡策略，而不是直接硬切换。

综上，PQ 控制是并网运行的核心控制方式，其本质是在电网电压定向坐标系下，通过功率外环和电流内环实现 P、Q 解耦跟踪，并通过限幅和附加指令实现电网支撑。掌握其信号链结构和状态量含义，才能理解并离网切换时“哪些量必须连续、哪些量可以重建”，从而为后续无缝切换策略打下基础。